光伏聲屏障標準及性能驗證分析

摘 要：隨著“雙碳”目標的推進，聲屏障與光伏發電技術相結合形成的光伏聲屏障具有廣闊的應用前景。由于光伏聲屏障缺少特定的標準規范，針對建筑行業、交通行業及光伏行業對聲屏障及光伏聲屏障標準中的重要性能指標進行對比解讀，并通過專項測試，驗證雙玻光伏組件用于光伏聲屏障建設的可行性。驗證結果顯示：1）光伏聲屏障的防火性能可依據建筑標準中難燃制品的B1級為最低標準；2）抗風壓、抗沖擊性能可依據建筑行業標準，但需考慮光伏聲屏障作為發電體在抗風壓、抗沖擊測試后的發電性能評估；3）防眩光性能作為安全指標需在標準中體現。同時提出，光伏組件用作光伏聲屏障對防火、抗風壓、抗沖擊、防腐蝕、防眩光等安全特性的標準框架體系。

關鍵詞：光伏組件；光伏聲屏障；隔聲量；防火性能；防眩光

中圖分類號：TU112.59+4/TM615 文獻標志碼：A

0" 引言

光伏聲屏障（PV noise barriers）是噪聲屏障系統和光伏發電系統的結合體，其在實現噪聲屏障系統（即聲屏障）隔聲降噪功能的同時，還可通過光伏發電系統為用電設施供給清潔電力。隨著中國“雙碳”戰略不斷推進，交通行業和光伏行業對光伏聲屏障的研究逐漸深入，現有的國內外研究文獻普遍認為，光伏聲屏障具有廣闊的應用前景[1]。

中國雖然對于聲屏障技術的研究及應用起步較晚，但中國目前已建立了較全面且成熟的聲屏障標準體系，包含國家標準、行業標準及地方標準，標準發布單位涵蓋國家建筑及交通行業的權威部門和機構。但光伏聲屏障仍缺少完善的相關標準及規范，這導致光伏聲屏障項目在立項評估及實施驗收過程中都缺少執行依據。同時，因光伏聲屏障兼具了聲學材料、建筑構件、發電主體等要素的相關功能，性能需求綜合性更強。光伏聲屏障產品的特性指標是應該參照建筑行業的標準、交通行業標準執行，還是參照光伏行業標準執行？目前仍缺少權威和統一的認知。

本文針對以上問題，對建筑行業、交通行業、光伏行業相關標準中的主要性能指標進行對比分析，提出光伏聲屏障標準的框架體系。同時，對目前光伏行業主推的雙玻光伏組件的主要性能進行檢測驗證，以評估此類光伏組件是否滿足光伏聲屏障項目的建設需求。

1" 標準解讀

1.1" 標準現狀

目前，國家和行業仍未對光伏聲屏障制定相關標準，僅有1部河北省出臺的地方標準，即DB13/T 5250—2020《光伏聲屏障應用技術導則》[2]，其內容主要參考已發布的各項聲屏障標準中的相關部分。已發布的聲屏障標準包含3項國家標準、4項行業標準和3項地方標準，具體如表1所示。

已發布的聲屏障和光伏聲屏障標準占聲屏障相關標準的比例如圖1所示。

1.2" 標準對比

GB/T 51335—2018《聲屏障結構技術標準》對不同基材的聲屏障分別提出了不同的指標要求[3]，比如：對采用鋼化玻璃和夾膠玻璃的透明聲屏障分別提出了技術指標，指標分別基于GB 15763.2—2005《建筑用安全玻璃 第2部分：鋼化玻璃》和GB 15763.3—2009《建筑用安全玻璃 第3部分：夾層玻璃》中相關內容制定的。交通行業標準JT/T 646—2016系列標準共包括5個部分，對聲屏障進行了規范，其中在JT/T 646.4—2016《公路聲屏障 第4部分：聲學材料技術要求及檢測方法》中，將聲屏障作為一個整體，對其各類性能提出了要求[4]，但未對玻璃材質的聲屏障做單獨要求。將上述兩項標準中的主要性能指標進行對比，如表2所示。

由表2可以看到：國家標準、行業標準中均對聲屏障的計權隔聲量、防火性能、抗風壓性能、抗沖擊強度、防腐性能、使用年限等，提出了約束指標；但相同的特性在不同的標準中，其性能指標會有所差別，其差別主要源于對材料（制品）固有特性的判斷。

2" 試驗及分析

試驗采用雙玻光伏組件樣品，其尺寸（長×寬）為2000 mm×1000 mm，邊框選擇厚度為35 mm的6063 T5鋁合金材質。該光伏組件的封裝順序為：4.00 mm鋼化玻璃→0.76 mm膠膜→太陽電池→0.76 mm膠膜→4.00 mm鋼化玻璃。

2.1" 隔聲量檢測

隔聲量檢測設備采用杭州愛華儀器有限公司生產的AWA 6290L型多通道信號分析儀。樣品安裝于隔聲室內，嵌入發聲室與受控室之間的預留測試洞口中，且洞口四周采用彈性密封材料密封，以保證封閉、無漏聲，試驗過程照片及頻率f與隔聲量R數據曲線如圖2所示。

測試得到不同頻率下的1/3倍頻程隔聲量，如表3所示。根據圖2b和表3可計算得到Rw（C; Ctr）=34（-1;-4），其中，C為粉紅噪聲修正量；Ctr為交通噪聲修正量。由此可知，樣品的計權隔聲量為34 dB，該值優于GB/T 51335—2018和JT/T 646.4—2016中對計權隔聲量的要求。按照均質材料單位面積質量越大隔聲性能越好的隔聲質量定律，由于鋼化玻璃質量密度大于常規聲屏障所用的亞克力或聚碳酸酯（PC）板的質量密度，因此選用雙玻光伏組件替代常規聲屏障隔聲屏體，在隔聲性能上具有一定優勢。

2.2" 防火性能

GB/T 51335—2018和JT/T 646.4—2016中，防火性能評估指標均依據GB 8624—2012，但兩個標準對材料的定性有明顯差別。GB/T 51335—2018對聲屏障各部分的防火性能做了區別要求，并將夾膜玻璃隔聲屏列入了不燃材料（制品），燃燒等級要求為最高的A級；JT/T 646.4—2016將聲屏障列入難燃材料（制品），燃燒等級為B1級及以上。

國外光伏行業也建立了一系列光伏組件防火標準，對不同應用場景的光伏組件提出了相應的防火要求，包括：IEC 61730-2： 2018《Photovoltaic （PV） module safety qualification——Part 2： Requirements for testing》、UL 1703《PV module safety standards updates： Making the transition》、UL 1256《Standard for fire test of roof deck construc》、EN 50583-1： 2016《Photovoltaics in buildings——Part 1： BIPV modules》、EN 50583-2： 2016《Photovoltaics in buildings——Part 2： BIPV systems》等。其中，IEC 61730-2： 2018主要提出了用于屋頂或附加于屋頂的光伏組件的耐火要求，其測試方法基于UL790-2022《Standard for test methods for fire tests of roof coverings》中的燃木、火焰蔓延試驗等，該標準適用于檢測火焰、光伏組件和屋面之間的相互影響機制。在光伏行業內，對于雙玻光伏組件來說，一般是以通過IEC 61730-2： 2018的A級防火測試試作為其滿足防火特性的條件。

GB 8624—2012對平板狀建筑材料（制品）達到B1級燃燒性能的判定標準是：同時滿足B級、C級兩個等級測試。其最高指標為：燃燒增長速率指數小于等于120 W/s、火焰橫向蔓延不到試樣的長翼邊緣、600 s內總放熱量小于等于7.5 MJ、60 s內焰尖高度小于等于150 mm和60 s內無燃燒滴落物引燃濾紙現象。而IEC 61730-2：2018中對屋面光伏組件暴露于外部火源的耐火性能，從高至低分為A、B、C" 3個等級，燃木、火焰蔓延試驗等要同時達到A級，才代表材料（制品）防火性能達到A級。屋面光伏組件的兩種測試的主要判定條件如表4所示。

由于在不同標準中，對材料（制品）的防火性能評估指標差異較大，考慮到雙玻光伏組件本身具有發電、發熱的特性，且其中間層的封裝膠膜也多選用乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）、聚烯烴彈性體（POE）、聚乙烯縮丁醛（PVB）等可燃物質。因此，以光伏組件作為聲屏障主體時，將其定性為難燃材料（制品）更為合理；考慮到其應用環境具有多樣性，耐火等級應由具體應用場景決定，滿足建筑及交通行業的B1級及以上耐火等級更為合理。

2.3" 抗風壓性能

由于光伏行業并未制定光伏組件抗風壓檢測標準，因此可以參考聲屏障標準中對抗風壓的要求。但國標標準和交通行業對聲屏障的抗風壓性能檢測標準也有差異。交通行業標準JT/T 646.4—2016中對抗風壓性能的測試方法依據于GB/T 15227—2019《建筑幕墻氣密、水密、抗風壓性能檢測方法》，也是目前用于建筑幕墻的光伏組件抗風壓性能測試的常用標準。樣品抗風壓測試結果與JT/T 646.4—2016指標對比如表5所示。

由表5可知，雙玻光伏組件能夠滿足設計風壓極限在±1000 Pa下的變形量指標。但抗風壓測試并未對光伏組件的功率損失做評估要求，光伏聲屏障標準中需考慮此項需求。

2.4" 抗沖擊性能

GB/T 51335—2018中對夾膜玻璃隔聲屏的抗沖擊強度無要求。JT/T 646.4—2016中對聲屏障聲學材料的抗沖擊性能的要求為：在承受30±1 J能量沖擊后能夠滿足以下要求：結構表面損壞，內部構件無損壞或出現平移斷層；沖擊鋼球未穿透空腔構件外壁，允許裂紋狀長度為50 mm；脆性材料表面允許弧坑狀的局部損壞，但弧坑深度小于20 mm。但該指標內容不適用于光伏聲屏障的檢驗。

在光伏行業中，對光伏組件抗沖擊性能的評估主要依據于IEC 61215—2005《地面用晶體硅光伏組件——設計鑒定和定型》中的冰雹沖擊測試，2.0 mm鋼化玻璃雙玻光伏組件可滿足測試要求。當光伏組件用于建筑幕墻時，多采用國家強制標準GB 29551—2013《建筑用太陽能光伏夾層玻璃》的霰彈袋測試，經驗證，采用4.0 mm鋼化玻璃雙玻光伏組件可滿足45 kg沖擊體分別從300 mm、750 mm、1200 mm高度的沖擊測試。但霰彈袋測試也未對光伏組件功率損失做評估要求。霰彈袋測試照片如圖3所示。

2.5" 防腐性能

聲屏障的防腐性能主要用于評估鋼結構立柱及連接件，光伏聲屏障是自帶金屬邊框的光伏組件，邊框也需要一定的防腐性能。目前，GB/T 51335—2018和JT/T 646.4—2016中對聲屏障防腐性能的要求均依據于GB/T 18226—2015。GB/T 18226—2015中將鋼構件按照不同的表面鍍層材料和工藝進行了分類要求。由于表面鍍層材料種類較多，標準中對外觀質量、厚度、附著性、耐磨性設定的指標均不同，但對于耐鹽霧腐蝕性能的指標都一致，具體為：涂層經168 h的中性鹽霧試驗后，除劃痕部位兩側各0.5 mm范圍內，涂層應為無起泡、起皺、剝離、生銹等現象。

經過試驗檢測，樣品完全可滿足以上指標要求。光伏組件的防腐驗證需要通過光伏行業的氨氣腐蝕測試、鹽霧腐蝕測試，其嚴苛程度遠高于建筑行業、交通行業的標準。由于光伏組件邊框選擇鋁合金材質，其表面經噴砂及陽極氧化處理后氧化膜厚度可達10～15 μm，因此具有更為優異的耐腐蝕性能。

針對光伏聲屏障的防腐性能指標，應對聲屏障立柱、連接件、發電屏體外框等不同部位的金屬構件分別做出指標要求，而光伏組件外框的防腐性能可參照光伏行業標準判定。

2.6" 防眩光性能

GB/T 51335—2018和JT/T 646.4—2016中對防眩光指標均未做出具體要求，而GB/T 18091—2015《玻璃幕墻光熱性能》則規定：在城市快速路、主干道、立交橋、高架橋兩側的建筑物高度20 m以下的玻璃幕墻和一般路段10 m以下的玻璃幕墻，應采用可見光反射比不大于16%的玻璃。常規玻璃和防眩玻璃的對比如圖4所示。眩光分為兩種類型，由視野范圍內存在亮度過高的光源造成的眩光被稱為直接炫光，光線由玻璃等其他物體反射傳遞至人眼產生的眩光被稱為間接眩光[5]，光伏聲屏障主要需避免間接眩光。眩光產生的實質是視野范圍內光線亮度分布不適宜[6]，極端的亮度造成人視覺機能的下降。而防止眩光的實質是增強光學材料表面的光反射能力，可通過增強表面透光率、降低光反射比和降低反射光最大亮度值3個方法來實現。

經驗證，將玻璃表面鍍膜能夠有效改變光線的傳播途徑，有效降低眩光程度。在玻璃表面增加壓花型紋路，可以使光的反射變為漫反射，反射光斑由中心亮度較高的小片光斑轉變為中心亮度較低的范圍性光暈，也可有效降低眩光程度。

對樣品進行10個取點的光反射比檢測，如圖5所示，測試結果如表6所示。根據表6中10個點的反射比數據可計算得到反射比平均值為15.02%，滿足GB/T 18091—2015中反射比不大于16%的要求。

本雙玻光伏組件所用的鋼化玻璃選材為超白壓花鍍膜鋼化玻璃，原片具備91.5%以上的高透光率，外表面再通過涂敷減反射膜可提升透光率達93.8%以上，其內表面又通過壓花進一步加強了入射光線的漫反射效果。可見，采用雙玻光伏組件作為光伏聲屏障，其防眩光性能具有固有優勢，如再對玻璃表面壓花紋路做特殊處理，可進一步提升其防眩光能力。因此，防眩光指標也應作為光伏聲屏障標準的性能要求之一。

3" 標準框架體系

由以上分析及驗證可知，如將光伏組件作為光伏聲屏障主屏體，其專項檢驗標準還有待完善的空間。尤其涉及防火、抗風壓、抗沖擊、防腐、防眩光等安全性能，以及耐久性能等指標，不能依據單一標準執行，而需同時考慮光伏聲屏障作為聲學材料、建筑構件和發電主體不同部件所需具備的必要性能。對其專項標準，需要包含以下主要框架內容：1）應用場景分類；2）光伏組件封裝材料（結構）分類；3）聲屏障結構設計分類；4）聲學特性要求；5）安全特性要求（防火、防眩光等）；6）材料性能要求（兼顧發電能力評估）；7）結構設計要求；8）安裝作業要求；9）電氣連接要求；10）調試驗收要求；以及其他相關指標等。

4" 結論

本文通過對聲屏障和光伏聲屏障標準進行解讀對比分析，提出了光伏組件若作為聲屏障主屏體，其性能應兼容聲學材料、建筑構件、發電主體所具備的綜合特性，其特性指標不能簡單依據聲屏障相關標準進行單一評估，還要兼顧考慮其發電能力。同時，通過對雙玻光伏組件進行一系列測試驗證，證明了其產品具有一定的固有優勢，應用于光伏聲屏障具有一定的可實施性；提出了光伏聲屏障的專項標準框架體系，并根據行業關注的光伏聲屏障防火、眩光等性能測試得出如下結論：

1） 防火性能可依據建筑標準中難燃制品的B1級為最低標準，但在項目可研期需根據實際場景對防火性能做專項評估；

2） 抗風壓、抗沖擊性能可依據建筑行業標準，但需考慮光伏聲屏障作為發電體在抗風壓、抗沖擊測試后光伏組件的功率損失評估；

3） 防眩光性能作為安全指標需在標準中體現。

[參考文獻]

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ANALYSIS OF PV NOISE BARRIER STANDARDS AND

PERFORMANCE VERIFICATION

Zuo Yan1，2，Zhao Sikuo1，2，Wang Rui1，2，Lu Bo1，2，Guo Yonggang1，2

（1. QingHai Huanghe Hydropower Development Co.，Ltd. Xi'an Solar Power Branch，Xi'an 710000，China；

2. QingHai Huanghe Hydropower Development Co.，Ltd. Xining Solar Power Branch，Xining 810000，China）

Abstract：With the advancement of the carbon emission peaking and carbon neutrality goals，PV noise barrier products combining noise barrier and PV power generation technology have broad application prospects. Due to the lack of specific standards for PV noise barriers，the important performance indicators of noise barriers and PV noise barrier standards are compared and interpreted for the construction industry，transportation industry and PV industry，and the feasibility of bifacial glass PV modules for PV noise barrier construction is verified and evaluated through special tests. The verification results show that：1） the fire performance of PV noise barrier can be based on the B1 level of refractory products in the building standard as the minimum standard. 2） The wind pressure resistance and impact resistance performance can be based on the construction industry standards，but the PV noise barrier should be considered as the power generation performance evaluation of the power generation body after the wind pressure resistance and impact resistance test. 3） Anti-glare performance should be reflected in the standard as a safety indicator. Meanwhile，the standard frame system of PV modules used as PV noise barriers for safety characteristics such as fire resistance，wind pressure resistance，impact resistance，corrosion resistance，and glare resistance are proposed.

Keywords：PV modules；PV noise barrier；transmission loss；fire performance；anti-glare